Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi bê tông asphalt làm lớp mặt đường tại Việt Nam

154 778 2
Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi bê tông asphalt làm lớp mặt đường tại Việt Nam

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TRẦN THIỆN LƯU NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BỀN MỎI BÊ TÔNG ASPHALT LÀM LỚP MẶT ĐƯỜNG TẠI VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT (Dự thảo) Hà Nội, 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Trần Thiện Lưu NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BỀN MỎI BÊ TÔNG ASPHALT LÀM LỚP MẶT ĐƯỜNG TẠI VIỆT NAM Ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông Mã số : 62.58.02.05 Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Đường ôtô và đường thành phố LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS. Lã Văn Chăm GS. TS. Nguyễn Xuân Đào Hà Nội, 2015 LỜI CÁM ƠN Sau hơn ba năm nỗ lực hết mình và được sự chỉ dẫn nhiệt tình của các thầy hướng dẫn, sự ủng hộ của nhà trường, sự giúp đỡ của thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè, người thân, luận án “Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi bê tông asphalt làm lớp mặt đường tại Việt Nam” của tôi đã hoàn thành. Lời tri ân sâu sắc nhất tôi xin được dành cho hai người thầy đáng kính đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ, khích lệ tôi là PGS.TS Lã Văn Chăm và GS.TS Nguyễn Xuân Đào. Điều đặc biệt là PGS.TS Lã Văn Chăm - người thầy đã từng hướng dẫn tôi làm luận văn thạc sĩ, nay lại tiếp tục nâng đỡ tôi làm luận án tiến sĩ. Dù Thầy không hay thể hiện ra ngoài, nhưng tôi cảm nhận được sự tận tâm hiếm có. GS.TS Nguyễn Xuân Đào trong suốt quá trình hướng dẫn đã thường xuyên điện thoại thăm hỏi tình hình, góp ý và động viên tôi cố gắng sớm hoàn thành công trình nghiên cứu. Những lời khen của Thầy dành cho tôi (dù tôi tự thấy mình chưa thực sự xứng đáng) là sự khích lệ quý giá, giúp tôi vượt qua những trở ngại, khó khăn để bước tiếp trên con đường khoa học không dễ dàng này. Xin chân thành cám ơn TS. Nguyễn Quang Phúc - người tư vấn cho tôi chọn đề tài và có nhiều chia sẻ về vấn đề nghiên cứu. Xin chân thành cám ơn GS.TS Phạm Duy Hữu, PGS.TS Trần Thị Kim Đăng, TS. Nguyễn Mai Lân, TS. Nguyễn Quang Tuấn đã rất quan tâm và cho tôi nhiều góp ý chuyên môn xác đáng. Xin cám ơn Phòng thí nghiệm Vật liệu xây dựng - Bộ môn Vật liệu xây dựng - Viện Kỹ thuật xây dựng, Bộ môn Đường bộ trường Đại học GTVT, Phòng thí nghiệm VILAS 047, LAS-XD 456 - Trung tâm Kiểm định chất lượng CTGT Bà Rịa Vũng Tàu, Công ty Cổ phần CTGT Bà Rịa Vũng Tàu đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong công tác làm mẫu và thí nghiệm. Tôi cũng xin cám ơn Ban Giám hiệu trường Đại học GTVT TP. Hồ Chí Minh đã ủng hộ và tạo điều kiện cho tôi làm luận án. Cám ơn anh em Phòng Đào tạo, các đồng nghiệp trong bộ môn đã nhiệt tình hỗ trợ công việc trong thời gian tôi đi làm nghiên cứu. Và lòng biết ơn thẳm sâu xin dành cho những người thân đã luôn ở bên và chia sẻ cùng tôi trong suốt những chặng đường gian nan vất vả vừa qua. Thành quả của ngày hôm nay xin ghi khắc công lao của tất cả mọi người. Trân trọng. Hà Nội, ngày 04 tháng 5 năm 2015 Nghiên cứu sinh Trần Thiện Lưu i MỤC LỤC MỤC LỤC i LỜI CAM ĐOAN vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG x PHẦN MỞ ĐẦU 1 1. Đặt vấn đề 1 2. Lý do chọn đề tài 2 3. Mục đích nghiên cứu 3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG Chương 1. ĐẾN ĐỘ BỀN MỎI CỦA BÊ TÔNG ASPHALT 6 1.1 Định nghĩa mỏi 6 1.2 Các dạng nứt do mỏi được nghiên cứu 6 1.2.1 Nứt từ dưới lên (nứt dạng cá sấu) 7 1.2.2 Nứt từ trên xuống (nứt theo chiều dọc) 8 1.3 Phân tích các nghiên cứu liên quan về các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi của bê tông asphalt 8 1.3.1 Nhóm liên quan đến tải trọng 9 1.3.2 Nhóm liên quan đến môi trường 13 1.3.3 Nhóm liên quan đến hỗn hợp bê tông asphalt 16 1.4 Các mô hình và chế độ kiểm soát thí nghiệm mỏi bê tông asphalt 20 1.4.1 Các mô hình thí nghiệm 20 1.4.1.1 Mô hình uốn dầm 20 1.4.1.2 Mô hình kéo - nén 21 ii 1.4.1.3 Mô hình cắt xoay 22 1.4.2 Các chế độ kiểm soát thí nghiệm mỏi 22 1.4.2.1 Khống chế ứng suất 22 1.4.2.2 Khống chế biến dạng 22 1.5 Một số kết quả nghiên cứu và ứng dụng độ bền mỏi bê tông asphalt 23 1.5.1 Trên thế giới 23 1.5.1.1 Các trường phái thiết kế kết cấu áo đường mềm 23 1.5.1.2 Một số kết quả nghiên cứu và ứng dụng 24 1.5.2 Tại Việt Nam 28 1.6 Những vấn đề tồn tại luận án cần giải quyết 29 1.7 Mục tiêu và nội dung của đề tài nghiên cứu 30 1.7.1 Mục tiêu 30 1.7.2 Nội dung 30 1.8 Phương pháp nghiên cứu 31 1.9 Kết luận chương 1 31 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐỘ BỀN MỎI BÊ TÔNG Chương 2. ASPHALT TRONG MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN CỦA VIỆT NAM 33 2.1 Xác định các thông số chính cho thí nghiệm mỏi 33 2.1.1 Nhiệt độ thí nghiệm 33 2.1.2 Tần số tải thí nghiệm 35 2.1.3 Chế độ thí nghiệm 37 2.1.4 Vật liệu bê tông asphalt 39 2.1.4.1 Lựa chọn loại bê tông asphalt 39 2.1.4.2 Lựa chọn loại bột khoáng 39 2.1.5 Tổng hợp mẫu thí nghiệm 41 2.2 Chế tạo mẫu 42 2.2.1 Thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt 43 iii 2.2.1.1 Vật liệu 43 2.2.1.2 Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC 12,5 46 2.2.1.3 Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC 19 50 2.2.2 Thi công tại hiện trường 51 2.2.2.1 Địa điểm, thời gian thi công 51 2.2.2.2 Chế tạo hỗn hợp bê tông asphalt 51 2.2.2.3 Thi công tại hiện trường 52 2.2.3 Gia công mẫu thí nghiệm 53 2.2.3.1 Cắt mẫu tại hiện trường 53 2.2.3.2 Gia công mẫu dầm tại xưởng 53 2.3 Các tính chất cơ lý của bê tông asphalt sau thi công 54 2.3.1 Bê tông asphalt loại BTNC 12,5 54 2.3.1.1 Thành phần hạt 54 2.3.1.2 Độ chặt thi công 55 2.3.1.3 Các chỉ tiêu cơ lý khác 56 2.3.2 Bê tông asphalt loại BTNC 19 57 2.3.2.1 Thành phần hạt 57 2.3.2.2 Độ chặt thi công 58 2.3.2.3 Các chỉ tiêu cơ lý khác 59 2.4 Thí nghiệm mỏi 59 2.4.1 Sấy mẫu 59 2.4.2 Lưu trữ mẫu 59 2.4.3 Mô tả thí nghiệm 60 2.4.4 Các kết quả thí nghiệm 61 2.4.4.1 Mô đun độ cứng động (S mix ) 61 2.4.4.2 Ứng suất cực đại ( o ) 62 2.4.4.3 Biến dạng kéo cực đại ( o ) 62 iv 2.4.4.4 Góc lệch pha () 63 2.4.5 Đánh giá độ tin cậy kết quả thí nghiệm 63 2.5 Kết luận chương 2 65 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐỘ BỀN MỎI BÊTÔNG Chương 3. ASPHALT 67 3.1 Kết quả thí nghiệm mỏi BTNC 12,5 (BD) 67 3.1.1 Mô đun độ cứng (S) 69 3.1.1.1 Điều kiện thí nghiệm 10 độ C, tần số 5 Hz 69 3.1.1.2 Điều kiện thí nghiệm 10 độ C, tần số 10 Hz 71 3.1.1.3 Điều kiện thí nghiệm 20 độ C, tần số 5 Hz 72 3.1.1.4 Điều kiện thí nghiệm 20 độ C, tần số 10 Hz 73 3.1.1.5 Phân tích kết quả mô đun độ cứng 74 3.1.2 Ứng suất () 81 3.1.3 Lực tác dụng (F) 84 3.1.4 Góc lệch pha () 86 3.1.5 Xây dựng biểu thức đặc trưng độ bền mỏi BTNC 12,5 89 3.2 Kết quả thí nghiệm mỏi bê tông asphalt loại BTNC 19 91 3.2.1 Tổng hợp kết quả thí nghiệm mỏi BTNC 19 91 3.2.2 Mô đun độ cứng (S) 91 3.2.3 Xây dựng biểu thức đặc trưng độ bền mỏi BTNC 19 93 3.3 Kết quả thí nghiệm mỏi loại BTNC 12,5 (CC) và BTNC 12,5 (CX) 94 3.3.1 Bê tông asphalt sử dụng bột khoáng CaCO 3 94 3.3.2 Bê tông asphalt sử dụng bột khoáng CaCO 3 + xi măng 98 3.4 Phân tích kết quả thí nghiệm độ bền mỏi bê tông asphalt 101 3.4.1 Loại BTNC 12,5 và BTNC 19 101 3.4.2 Các loại BTNC 12,5 sử dụng loại bột khoáng khác nhau 102 v 3.5 Xây dựng phương trình độ bền mỏi cho các loại BTNC 12,5 đã thí nghiệm 108 3.5.1 Phương trình độ bền mỏi cho BTNC 12,5 (dạng 1) 108 3.5.2 Phương trình độ bền mỏi cho BTNC 12,5 (dạng 2) 109 3.6 Kết luận chương 3 110 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THIẾT KẾ KẾT CẤU Chương 4. ÁO ĐƯỜNG MỀM TẠI VIỆT NAM 112 4.1 Đề xuất kiểm toán mỏi lớp bê tông asphalt trong kết cấu áo đường mềm . 112 4.1.1 Cơ sở lý thuyết 112 4.1.2 Trình tự tính toán 116 4.1.3 Lựa chọn điều kiện tính toán 117 4.1.3.1 Nhiệt độ 117 4.1.3.2 Tần số tải trọng 118 4.1.4 Xác định biến dạng cho phép ( cp ) và biến dạng tính toán ( tt ) 118 4.1.4.1 Biến dạng cho phép ( cp ) 118 4.1.4.2 Biến dạng tính toán ( tt ) 118 4.2 Ứng dụng kiểm toán mỏi lớp BTNC 12,5 trong kết cấu áo đường mềm 119 4.2.1 Thông số đầu vào dùng kiểm toán mỏi 119 4.2.1.1 Kết cấu áo đường, thông số vật liệu 119 4.2.1.2 Xác định điều kiện kiểm toán mỏi 120 4.2.2 Biến dạng cho phép ở đáy lớp BTNC 12,5 ( cp ) 120 4.2.3 Biến dạng tính toán ( tt ) đáy lớp BTNC 12,5 trong kết cấu áo đường . 122 4.2.3.1 Mô hình tải tác dụng 122 4.2.3.2 Tính biến dạng ( tt ) đáy lớp bê tông asphalt 122 4.2.4 Đánh giá 123 4.2.4.1 Kết cấu 1 123 4.2.4.2 Kết cấu 2 124 vi 4.2.4.3 Nhận xét 125 4.3 Kết luận chương 4 125 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 126 1. Đóng góp về mặt khoa học 126 2. Đóng góp về mặt thực tiễn 127 3. Hạn chế 127 4. Kiến nghị 128 5. Hướng nghiên cứu tiếp 128 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ xvii TÀI LIỆU THAM KHẢO xviii vii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được công bố. Tác giả luận án Trần Thiện Lưu [...]... tông asphalt Xuất phát từ thực tế đó, nghiên cứu sinh (NCS) thực hiện đề tài Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi bê tông asphalt làm lớp mặt đường tại Việt Nam 3 Mục đích nghiên cứu Đề tài nghiên cứu đặc tính nứt mỏi của vật liệu bê tông asphalt và tìm ra quy luật cho phá hoại mỏi của nó ở các điều kiện thí nghiệm khác nhau Từ đó tìm ra 4 một vài giải pháp về mặt vật liệu cho hỗn hợp bê. .. 1.1 Mô hình các dạng nứt mỏi được nghiên cứu 7 Hình 1.2 Ảnh hưởng của tần số đến độ bền mỏi [29] 10 Hình 1.3 Ảnh hưởng của tần số đến độ bền mỏi bê tông asphalt [46] 10 Hình 1.4 Ảnh hưởng của tần số đến độ bền mỏi bê tông asphalt - UCTST [29] 11 Hình 1.5 Các dạng tải kết hợp với thời gian nghỉ (rest period) 12 Hình 1.6 Ảnh hưởng của thời gian nghỉ đến độ bền mỏi vật liệu bán mềm 12... đường nửa cứng) - Biến dạng vĩnh cửu (rutting) - Nứt nhiệt 1.3 Phân tích các nghiên cứu liên quan về các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi của bê tông asphalt Nhiều yếu tố đã được xác định có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của bê tông asphalt và chia thành ba nhóm chính sau: - Nhóm liên quan đến tải trọng - Nhóm liên quan đến môi trường - Nhóm liên quan đến hỗn hợp bê tông asphalt 9 1.3.1 Nhóm liên quan đến. .. asphalt, thiết kế kết cấu áo đường mềm với lớp bê tông asphalt đảm bảo điều kiện chịu mỏi Qua đó chất lượng khai thác của kết cấu áo đường mềm được kiểm soát, đảm bảo đạt yêu cầu cả về mặt cường độ lẫn độ bền Trong khi đó, tại Việt Nam (VN), cho đến nay mỏi bê tông asphalt vẫn chưa được triển khai nghiên cứu về mặt thực nghiệm một cách cụ thể Các nghiên cứu về độ bền mỏi bê tông asphalt còn hạn chế, hiện... liên quan đến môi trường Độ ẩm, nhiệt độ và bức xạ nhiệt là yếu tố quan trọng của môi trường ảnh hưởng đến sự làm việc của bê tông asphalt Một số nhà khoa học khi đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và tìm thấy sự gia tăng độ bền mỏi ở nhiệt độ thấp trong các thí nghiệm khống chế ứng suất, ngược lại độ bền mỏi bị suy giảm ở nhiệt độ thấp trong các thí nghiệm khống chế biến dạng Những nghiên cứu như... chế độ khống chế ứng suất, O.V Drovaleva đã chỉ ra rằng khi tăng nhiệt độ thì độ bền mỏi của bê tông asphalt giảm, đồng thời hiệu ứng nhiệt sẽ giảm xuống khi tần số tải tăng lên [46] Kết quả nghiên cứu thể hiện tại Hình 1.9 Hình 1.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền mỏi bê tông asphalt [46] Độ dốc nghiêng của đồ thị so với trục nằm ngang trong Hình 1.9 được gọi là hệ số mỏi Hệ số mỏi giảm khi nhiệt độ. .. chế độ kiểm soát biến dạng, độ bền mỏi khi thực hiện với chế độ kiểm soát ứng suất cũng đạt được nhiều tác dụng có lợi từ khoảng thời gian nghỉ này [34] Thời gian nghỉ, tần số tải và thời gian tải phụ thuộc lẫn nhau Một số nghiên cứu đã được tiến hành để xác định ảnh hưởng tần số tải đến độ bền mỏi của các hỗn hợp bê tông asphalt, ảnh hưởng của thời gian tải đến độ bền mỏi Điển hình cho những nghiên cứu. .. độ bền mỏi Một vài kết quả được thể hiện tại Hình 1.10 [27] Qua đó cho thấy sự gia tăng độ cứng hỗn hợp bê tông asphalt (Smix) sẽ làm giảm biến dạng mỏi; khi tăng độ cứng vượt một giá trị nhất định (≈ 1010 N/m2) thì biến dạng mỏi tăng trở lại Nhiệt độ ở đây được phân tích là yếu tố ảnh hưởng nhiều đến độ cứng của bê tông asphalt (tỷ lệ thuận) 15 Hình 1.10 Đặc tính mỏi bê tông asphalt của Hình 1.11 Ảnh. .. áo đường mềm; - Ứng dụng độ bền mỏi không chỉ cho phép xác định được tải trọng và lưu lượng xe nặng cho phép, mà còn xác định được thời gian khai thác của kết cấu áo đường; - Đánh giá tuổi thọ mỏi lớp bê tông asphalt, từ đó xây dựng kế hoạch bảo dưỡng sửa chữa kết cấu áo đường mềm 6 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BỀN MỎI CỦA BÊ TÔNG ASPHALT Khái niệm về phá hoại mỏi. .. tại Hình 1.13 17 Hình 1.13 Ảnh hưởng của hàm lượng Ca(OH)2 đến độ bền mỏi BTN [19] Nghiên cứu NCHRP [31] đã tổng kết ảnh hưởng các yếu tố thành phần đến đặc tính làm việc của hỗn hợp bê tông asphalt, trong đó có sức kháng mỏi Nội dung được thể hiện tại Bảng 1.1 Bảng 1.1 Ảnh hưởng yếu tố thành phần lên khả năng làm việc của hỗn hợp [31] Thành phần Yếu tố Gia tăng mức nhiệt độ cao của cấp nhựa (PG) Khả . 12 ,5 và BTNC 19 tại công trường QL 51 B 52 Hình 2.14 Cắt, khoan mẫu tại hiện trường 53 Hình 2. 15 Tách lấy mẫu 52 cm  45cm tại hiện trường 53 Hình 2.16 Gia công mẫu dầm kích thước 380mm 50 mm×63mm. 19 51 Bảng 2.19 Thành phần cấp phối hạt BTNC 12 ,5 sau thi công 55 Bảng 2.20 Độ chặt BTNC 12 ,5 sau thi công 55 Bảng 2.21 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của BTNC 12 ,5 sau thi công 56 . 12 ,5 54 2.3.1.1 Thành phần hạt 54 2.3.1.2 Độ chặt thi công 55 2.3.1.3 Các chỉ tiêu cơ lý khác 56 2.3.2 Bê tông asphalt loại BTNC 19 57 2.3.2.1 Thành phần hạt 57 2.3.2.2 Độ chặt thi công 58

Ngày đăng: 12/05/2015, 18:41

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan